第9章第1节电磁感应现象楞次定律

第十章电磁感应【知识建构】电磁感应感应电流感应电动势1.由于通过导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象.2.涡流.自感现象产生条件：通过闭合电路的磁能量发生变化.方向判定楞次定律：适用于任何电磁感应过程.右手定则：适用于导体切割磁感线.1、条件：v⊥B和v⊥L.2、若公式中的v是瞬时速度，则公式求到的是瞬时电动势.E=t1.公式求到的是平均感应电动势.2.若线圈有n匝,则E=ntE=BLv第一节电磁感应现象楞次定律一、考情分析考试大纲考纲解读1．电磁感应现象I2．磁通量Ⅰ3．楞次定律Ⅱ1.注重磁通量、磁通量的变化量、磁通量的变化率的区别与联系2.要熟练应用楞次定律和右手定则，并理解楞次定律中“阻碍”的具体含义。3.感应电流的产生和感应电流方向的判断出题以选择题为主。二、考点知识梳理（一）、磁通量1．磁通量：穿过某一面积的磁感线的条数叫做穿过这个面积的磁通量，简称磁通，符号是φ。2．磁通量的计算：_φ＝BS_由于穿过垂直于磁感强度方向的单位面积的磁感线的条数等于磁感强度B，所以在匀强磁场中垂直于磁感强度平面的面积为S的磁通量可用上式计算。若磁感强度的方向与平面不垂直，其夹角为θ，则φ＝BSsinθ。3．磁通量的单位：在国际单位制中磁通量的单位是韦伯，简称韦，符号是Wb(1Wb＝1T·m2)4．磁通量是标量，但有正负．磁通量的正负不代表大小只表示磁感线是怎样穿过平面的.即若以向里穿过某面的磁通量为正，则向外穿过这个面的磁通量为负.5．磁通的物理意义是穿过某一面积的磁感线条数.6．磁通量、磁通量的变化、磁通量的变化率t（1）磁通量是指穿过某面积的磁感线的条数，计算式为sinBS＝，其中θ为磁场B与线圈平面S的夹角。（2）磁通量的变化指线圈中末状态的磁通量2与初状态的磁通量1之差，12－＝，计算磁通量以及磁通量变化时，要注意磁通量的正负。磁通量的变化ΔΦ=Φ2-Φ1有多种形式，主要有：学科网第一节①S、α不变，B改变，这时ΔΦ=ΔBSsinα学科网第二节②B、α不变，S改变，这时ΔΦ=ΔSBsinα学科网第三节③B、S不变，α改变，这时ΔΦ=BS(sinα2-sinα1)学科网第四节当B、S、α中有两个或三个一起变化时，就要分别计算Φ1、Φ2，再求Φ2-Φ1了在非匀强磁场中，磁通量变化比较复杂。有几种情况需要特别注意：学科网①如图10-1-1所示，矩形线圈沿a→b→c在条形磁铁附近移动，试判断穿过线圈的磁通量如何变化？如果线圈M沿条形磁铁轴线向右移动，穿过该线圈的磁通量如何变化？学科网（穿过上边线圈的磁通量由方向向上减小到零，再变为方向向下增大；右边线圈的磁通量由方向向下减小到零，再变为方向向上增大）学科网②如图10-1-2所示，环形导线a中有顺时针方向的电流，a环外有两个同心导线圈b、c，与环形导线a在同一平面内。当a中的电流增大时，穿过线圈b、c的磁通量各如何变化？在相同时间内哪一个变化更大？学科网（b、c线圈所围面积内的磁通量有向里的也有向外的，但向里的更多，所以总磁通量向里，a中的电流增大时，总磁通量也向里增大。由于穿过b线圈向外的磁通量比穿过c线圈的少，所以穿过b线圈的磁通量更大，变化也更大。）学科网③如图10-1-3所示，虚线圆a内有垂直于纸面向里的匀强磁场，虚线圆a外是无磁场空间。环外有两个同心导线圈b、c，与虚线圆a在同一平面内。当虚线圆a中的磁通量增大时，穿过线圈b、c的磁通量各如何变化？在相同时间内哪一个变化更大？学科网（与②的情况不同，b、c线圈所围面积内都只有向里的磁通量，且大小相同。因此穿过它们的磁通量和磁通量变化都始终是相同的。）学（二）、电磁感应现象1.电磁感应现象:不论用什么方法，只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就有电流产生，这种利用磁场产生电流的现象叫电磁感应，电磁感应中产生的电流叫感应电流.2.发生电磁感应现象，产生感应电流的条件：abcbcabcacbMNS10-1-110-1-210-1-3发生电磁感应现象，产生感应电流的条件通常有如下两种表述。①当穿过线圈的磁通量发生变化时就将发生电磁感应现象，线圈里产生感应电动势。如线圈闭合，则线圈子里就将产生感应电流。②当导体在磁场中做切割磁感线的运动时就将发生电磁感应现象，导体里产生感应电动势，如做切割感线运动的导体是某闭合电路的一部分，则电路里就将产生感应电流。产生感应电动势的那部分导体相当于电源。应指出的是：闭合电路的一部分做切割磁感线运动时，穿过闭合电路的磁通量也将发生变化。所以上述两个条件从根本上还应归结磁通量的变化。但如果矩形线圈abcd在匀强磁场B中以速度v平动时，尽管线圈的bc和ad边都在做切割磁感线运动，但由于穿过线圈的磁通量没有变，所以线圈回路中没有感应电流。3.发生电磁感应现象的两种基本方式及其理论解释①导体在磁场中做切割磁感线的相对运动而发生电磁感应现象：当导体在磁场中做切割磁感线的相对运动时，就将在导体中激起感应电动势。这种发生电磁感应现象的方式可以用运动电荷在磁场中受到洛仑兹力的作用来解释。②磁场变化使穿过磁场中闭合回路的磁通量改变而发生电磁感应现象：当磁场的强弱改变而使穿过磁场中的闭合回路程的磁通量发生变化时，就将在闭合回路程里激起感应电流。这种发生电磁感应现象的方式可以用麦克斯韦的电磁场理论来解释。4.感应电动势产生的条件:穿过电路的磁通量发生变化.这里不要求闭合.无论电路闭合与否，只要磁通量变化了，就一定有感应电动势产生.这好比一个电源：不论外电路是否闭合，电动势总是存在的.但只有当外电路闭合时，电路中才会有电流.产生感应电动势的那部分导体相当于电源.电磁感应现象的实质是产生感应电动势，如果回路闭合，则有感应电流；回路不闭合，则只产生感应电动势而不产生感应电流.（三）、楞次定律1.内容:感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化.2.对楞次定律的理解楞次定律揭示了判定感应电流方向的规律，即“感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。”“阻碍”两字是该定律的核心，只有深刻理解“阻碍”的含义，才能正确掌握定律的实质。①阻碍不是“阻止”，因磁通量的变化是引起感应电流的必要条件，若这种变化被阻止，也就不可能继续产生感应电流了。其实质是感应电流的磁场阻碍了原磁通量的变化速率。②阻碍不是“相反”，如果将阻碍理解成感应电流的磁场总是与原磁场方向相反，则楞次定律就违背了电磁感应现象也必须符合能量守恒定律这个自然界的基本法则。正确的是当原磁通量增加时，感应电流的磁场方向与原磁场的方向相反；当原磁通量减弱时，感应电流的磁场方向与原磁场的方向相同，可归纳为“增反减同”。③楞次定律与右手定则的应用对象不同，楞次定律的研究对象是整个回路，而右手定则却是一段做切割磁感线运动的导线。但二者是统一的。解题时应根据研究对象的不同灵活选择。④从能量角度理解，能量守恒是自然界的普遍规律，能量的转化是通过做功来量度的，这一点正是楞次定律的根据所在，实际上楞次定律是能量转化和能量守恒定律在电磁感应现象中的具体体现。⑤从力的角度理解，由能量观点可以推论出产生磁场的物体与闭合线圈之间的相互作用力可概括为四个字“来拒去留”。3.楞次定律的灵活运用，楞次定律的拓展楞次定律的广义表述：感应电流的效果总是反抗（或阻碍）引起感应电流的原因。主要有四种表现形式：①当闭合回路中磁通量变化而引起感应电流时，感应电流的效果总是阻碍原磁通量的变化。②当线圈和磁场发生相对运动而引起感应电流时，感应电流的效果总是阻碍二者之间的相对运动（来拒去留）。在一些由于某种相对运动而引起感应电流的电磁感应现象中，如运用楞次定律从“感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的原磁场的磁通量变化”出发来判断感应电流方向，往往会比较困难，对于这样的问题，在运用楞次定律时，一般可以灵活处理，考虑到原磁场的磁通量变化又是由相对运动而引起的，于是可以从“感应电流的磁场阻碍相对运动”出发来判断。②当线圈面积发生变化而引起感应电流时，感应电流的效果总是阻碍回路面积的变化。④当线圈中自身电流发生变化而引起感应电流时，感应电流的效果总是阻碍原电流的变化（自感现象）。（四）、右手定则:对一部分导线在磁场中切割磁感线产生感应电流的情况，右手定则和楞次定律的结论是完全一致的这时，用右手定则更方便一些.注意：应用右手定则时应注意：①右手定则仅在导体切割磁感线时使用，应用时要注意磁场方向、运动方向、感应电流方向三者互相垂直．②当导体的运动方向与磁场方向不垂直时，拇指应指向切割磁感线的分速度方向．③形成闭合回路，四指指向感应电流方向；若未形成闭合回路，四指指向高电势．④“因电而动”用左手定则．“因动而电”用右手定则．导体切割磁感线产生感应电流是磁通量发生变化引起感应电流的特例，所以判定电流方向的右手定则也是楞次定律的一个特例．用右手定则能判定的，一定也能用楞次定律判定，只是对导体在磁场中切割磁感线而产生感应电流方向的判定用右手定则更为简便．（五）、用楞次定律判断感应电流的步骤楞次定律的应用应该严格按以下四步进行：①确定原磁场方向；②判定原磁场如何变化（增大还是减小）；③确定感应电流的磁场方向（增反减同）；④根据安培定则判定感应电流的方向.（六）、几种定则、定律的适用范围定则、定律适用的基本物理现象安培定则判断电流（运动电荷）的磁场方向左手定则判断磁场对电流、运动电荷的作用力方向右手定则判断闭合电路的一部分做切割磁感线的运动时产生的感应电流方向楞次定律判断闭合电路的一部分做切割磁感线运动时，或者是穿过闭合电路的磁通量发生变化时产生的感应电流的方向（七）、应注意的几个问题1．由楞次定律判断出的感应电流的方向就是感应电动势的方向．在电路不闭合的情况下，导体中无感应电流，但有感应电动势，此时可先假设电路闭合，然后再由楞次定律来判断．（当然，导体切割磁感线也可直接用右手定则）2．存在感应电动势的那部分导体相当于电源，电源内部的电流方向与电动势方向相同，由低电势到高电势．在解决实际问题时，要能正确区分电源的内外部．三、考点知识解读考点1.磁通量概念：剖析：①磁通量的实质就是穿过某面积的磁感线的条数。②磁感线除了有大小以外，还有方向，但它是个标量。磁通量的方向仅仅表示磁感线沿什么方向穿过某面积，其运算不满足矢量合成的平行四边形定则，只满足代数运算，在求其变化量时，事先要设正方向，并将“+”、“-”号代入。③由磁通量的定义sinBS可得：sinSB，此式表示“磁感应强度B大小等于穿过垂直于磁场方向的单位面积的磁感线条数”，所以磁感应强度又被叫做“磁感密度”。[例题1].如图10-1-4所示，面积大小不等的两个圆形线圈A和B共轴套在一条形磁铁上，则穿过A、B磁通量的大小关系是A＿＿＿＿B。解析：磁铁内部向上的磁感线的总条数是相同的，但由于线圈A的面积大于B的，外部穿过线圈向下的磁感线的条数A的大于B的，所以A＜B。答案：＜【变式训练1】如图10-1-5所示，边长为cm100的正方形闭合线圈置于磁场中，线圈的ad、bc两边中点连线OO的左右两侧分别存在着方向相同、磁感应强度大小各为TB60.01、TB40.02的匀强磁场。开始时，线圈平面与磁场垂直，若从上往下看，线圈逆时针转037和0180角时，穿过线圈的磁通量分别改变了多少？解析：在开始位置，线圈与磁场垂直，则22211SBSB2140.02160.0)(5.0Wb线圈绕OO转动037角后10-1-410-1-50201237cos237cos2SBSB8.02140.08.02160.0)(40.0Wb磁通量的变化量为)(1.050.040.012Wb线圈绕OO转动0180角时，若规定穿过圆线圈平面的磁通量为正，转过0180后，穿过线圈的磁通量则为负值，即22213SBSB2140.02160.0)(5.0Wb磁通量的变化量为)(0.150.050.013Wb